Способ анализа частиц в потоке сыпучего материала и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к способу автоматического анализа для определения распределения частиц по размеру и отклонения от нужной формы и цвета.

Целью изобретения является повыще- н ле точности анализа частиц различных размеров, формы, цвета или полутонов серого цзета.

На фиг.1 показано устройство подачи частиц, выполненное в соответствии с изо- б зетением; на фиг.2 - блок-схема устройст- , используемого при реализации способа п ) изобретению.

Устройство подачи частиц, показанное на фиг. 1, содержит пробоотборник 1 для

извлечения проб частиц в подходящей точке процесса, например на конвейерной ленте (не показана). Пробоотборником 1 может служить контейнер с отверстием в виде продольных прорезей. Когда берут пробу, пробоотборник 1 опорожняется непосредственно в „бункер 2 ил и же проба засылается в бункер по трубе или с помощью транспортирующего устройства 3. Бункер 2 снабжен подвижным удлинением 4 на выпускном отверстии бункера. Частицы 5 выгружают из бункера 2 на вибрирующую пластину бив процессе работы слой частиц образует на пластине 6 угол а с горизонтальной плоскостью. Угол а меньше, чем угол скольжения продукта

оо со

00

VI ы

NJ

со

(частиц) подлежащего анализу. Он может быть, например, лишь на несколько градусов меньше; чем угол скольжения, но для предотвращения создания слишком чувствительный системы предпочтительно используют угол а , который составляет 2/3 угла скольжения. Угол а может устанавливаться некоторыми другими путями, в частности, за счет регулирования удлинения 4 на расстояние а относительно расстояния b от наружной кромки пластины 6 дЬ центральной оси бункера 2 или его поперечного сечения, что позволяет получить нужную ве- .личину угла а.

Бункер 2 может быть снабжен дистанционным датчиком 7 для того, чтобы можно было регулировать расстояние а Кроме того, бункер 2 имеет по меньшей мере один датчик 8 уровня. Например, могут регистрироваться минимальный и максимальный уровни в бункере 2. Датчик уровняв выдаст сигнал на отбор пробы. Пробоотборное устройство 1 может соответственно подсоединяться к цилиндру двойного действия, который во время взятия пробы дает возможность контейнеру пробоотборного устройства пересечь всю ширину потока частицы, находящегося на конвейерной ленте или падающего с этой ленты. Затем частицы попадают в прорези контейнера и при правильном выборе скорости контейнера во время взятия проб он не переполняется, в то же время имеется гарантий получения представительной пробы производственного потока. Бункер 2 также может быть разделен на несколько камер с помощью вертикальных перегородок.

Пластина 6 может вибрировать известным способом, а частота и амплитуда вибрации могут регулироваться. За счет регулирования расстояния а так, чтобы угол а был меньше, чем угол скольжения и создания вибрации пластины 6, частицы будут ссыпаться через ее край. Предпочтительно применять круглую пластину 6, причем не- - которые секторы ее могут быть заглушены так, что частицы будут сходить только на частях окружности такой пластины. Пластина 6 может быть выполнена немного конической, но такой, чтобы ее конусность была меньше угла скольжения. За счет регулирования амплитуды и/или частоты вибраторов можно легко добиться того, чтобы частицы падали с пластины в виде монослоя 9 частиц. Затем поток частиц или монослоя 9 частиц освещаются источником света 10. В качестве источника света 10 может использоваться о.бычная лампа, последователь.ность лазерных лучей или вспышка, срабатывающая по сигналу.

На фиг.2 показана система подачи частиц в соответствии с фиг. 1, соединенная со

средством для создания изображений завесы монослоя 9 из частиц, а также средство для оперативного анализа и обработки данных, что позволяет получить полную установку для автоматического анализа частиц.

Блок 11 может представлять собой кино- или видеокамеру, или -записывающий блок. Предпочтительно применяют видеокамеру, создающую фотографию все время, но

5 если источником света является вспышка, фотографии будут записываться только при каждой вспышке.

Блок 12 является анализатором изображения, .который непрерывно анализирует

0 изображения или делает это прерывисто. Этот блок может содержать средство, подающее сигнал 13 на запуск вспышки или для взятия изображения посредством блока 11 каждый раз, когда завершен анализ изобре5 тения.

Блок 11 может использоваться для фотографирования силуэтов частиц в завесе 9 из частиц, но также может использоваться для выявления разных цветов или оттенков

0 серого цвета анализируемых частиц.

Текущее видеоизображение состоит из 512 х 512 точек (элемент изображения). Количество элементов изображения, которые являются черными, дает площадь каждой

5 частицы.

Анализатор 12 изображения, который может быть интегрирован с ЭВМ типа PC, содержит необходимые компьютерные программы для считывания и записи изображе0 ния, что позволяет произвести измерение площади и окружности каждой частицы на видеоизображение. Затем исходные данные из анализатора 12 изображения используют для дальнейшей обработки данных,

5 например, в PC 14. С помощью подходящих программ обработки данных исходные данные будут обработаны так, чтобы можно было получить распределение частиц по размеру и различные выражения для откло0 нения частиц от нужной формы.

Данные с блока 14 представлены по меньшей мере на одном блоке 15, который может быть печатным устройством или экраном дисплея, а затем результат анализа ча5 стиц передают в соответствующую часть процесса для контроля в сторону оптимизации производства и качества продукта. Данные, конечно, могут также храниться для последующего изучения соответствующих частей процесса.

Пример1.В этом примере показано производство завесы из частиц в форме монослоя с помощью устройства, показанного на фиг.1.

Сначала измерялись характеристики потока и угол скольжения для различных типов продуктов. Затем каждый тип продукта один за другим засылался через бункер вниз на вибрирующую круглую пластину. Уровень частиц в бункере поддерживался на постоянном уровне во время испытаний за счет подачи новых частиц. При этом размер отверстия бункера выбран из условия, что даже самые большие частицы или агломераты частиц могут высыпаться. Вокруг от- верстия бункера было выполнено удлинение (блок 4 на фиг.1), которое помогло бы подниматься и опускаться так, чтобы можно было регулировать расстояние между пластиной и отверстием бункера.

Расстояние а устанавливали таким, чтобы наклон продукта в сторону плоского диска составлял грубо 2/3 угла скольжения продукта. Запускали вибратор, за счет чего частицы .начинали течь регулярно над окружностью пластины. За счет варьирования частотой и/или амплитудой вибратора было относительно легко устанавливать вибратор так, чтобы завеса из частиц состояла из монослоя частиц.

При испытаниях различных типов продукта было установлено, что угол наклона «для продукта относительно горизонтальной плоскости должен быть по меньшей мере на 5 % меньше угла скольжения и предпочтительно должен быть больше, чем 50 % этого угла. Для большинства типов продукта этот угол составляет 70-60 % угла скольжения продукта.

Регулировка вибратора и/или удлинение может, если это необходимо, контролироваться с помощью компьютерных рограмм так, чтобы количество частиц на зображении поддерживалось примерно остоянным.

Пример 2. В этом примере показан .автоматический анализ частиц, когда в результате сравнивают с традиционными способами просеивания (лабораторное просеивание) образцов. | Производилась калибровка за счет помещения полностью сферического шарика с известным диаметром перед видеокамерой. Затем диаметр (в мм) считывали в программу компьютера, а анализатор изображения пслед за этим проверялся на полностью ферических частицах различного размера, роме того, частицы в отдельных пробах аранее вручную проверялись для оценки х отклонения от сферической формы.

Были взяты восемь образцов весом, примерно, 2 кг кускового удобрения. Каждый образец проверялся в лаборатории для оценки распределения частиц по размерам. 5 отклонения от нужной формы. Затем образцы были подвергнуты анализу в соответствии с изобретением, причем частицы подавали с помощью устройства подачи частиц в соответствии с фиг.1 после видеока0 меры, которая создавала изображения частиц. Анализ показал, что изображения, которые содержат 10-20 частиц, занимают грубо 1 с для анализа. Как только закончилась обработка изображения, подавался

5 сигна л на новое изображение.

Результаты изобразительного анализа (В) в соответствии с изобретением, лабораторного просеивания (L) и отклонения от нужной формы даны в табл.1., где показано

0 распределение частиц по размеру и отклонение проб от заданной формы (в %). Анализ просеивания дан в грамм/100 грамм. Как видно из табл. 1, лабораторное просеивание перекрывает немного более широкие интер5 валы (категории просеивания), чем анализ изобретения.

Как следует из табл.1, имеется очень хорошее соответствие между результатами распределения частиц по размерам, изме0 ренным при лабораторном просеивании, и , способом в соответствии с изобретением. Что касается анализа отклонения от сферической формы, то способ в соответствии с изобретением дал более точное выражение откло5 нения от заданной формы.

Пример 3. В этом примере показано исследование гранулированных частиц . удобрения. Опыты проводились таким же путем, что и в примере 1, но в последнем

0 примере отклонение от заданной формы изучалось только по способу в соответствии с изобретением.

Результаты исследования приведены в табл.2.

5 Имеется хорошее соответствие между обоими способами анализа, касающимися распределения частиц по размерам. Анализ отклонения частиц от заданной формы дает для этого типа продукта также хорошее со0 ответствие с реальными условиями.

Когда система подачи частиц была подсоединена к процессу комкования так, чтобы пробы брались из, потока продукта, все занимало меньше 5 мин По сравнению с

5 обычными способами анализа это более, чем достаточно быстро.

Испытания показали, что автоматический анализатор частиц хорошо подходит для частиц в измерительном диапазоне 0,5- 10, Омм.

Специальным случаем, который был выполнен по заказу, был анализ частиц с различными цветами или оттенками серого цвета. Во время испытаний оказалось, что можно, например, определить количество черных и светлых частиц в образце. Это было достигнуто за счет применения контрастной пластины во время фотографирования завесы из частиц. В то же время можно было осуществить анализ распределения частиц по размеру.

С помощью этого устройства представительные образцы одного или нескольких потоков продукта могут быстро отбираться и преобразовываться в монослой, который может анализироваться, в частности, по отношению к распределению частиц по размерам и отклонению от заданной формы,

При анализе частиц было установлено, что выгодно освещать частицы посредством вспышки, которая производится автоматически, как только изобретение полностью проверено. При каждой вспышке производится фотография частиц. Это позволяет получить очень точный и быстрый анализ завесы из частиц.

Способ и устройство в соответствии с изобретением могут применяться во всех известных процессах с частицами и процессах, где важным является добавление час- тиц с заданным распределением по размеру и форме.

Изобретение может быть применено для проверки также и окончательного продукта в виде частиц. Такими случаями могут быть анализ во время загрузки насыпью, упаковки в мешки или аналогичные емкости или проверка спецификаций продукта в виде частиц. Анализатор частиц в соответствии с данным изобретением может также применяться при анализе небольших проб в лабораторных условиях.

Формула изобретения

1. Способ анализа частиц в потоке сыпучего материала, вклюнающий отбор.частиц из потока, подачу отобранных частиц в бункер, высыпание их из бункера на горизонтальную подложку, ссыпание частиц с подложки, освещение слоя падающих с подложки частиц, получение, запоминание и визуализацию изображения слой частиц или информации о них на бумаге или на экране и анализ изображений, отличающийся тем, что частицы высыпают из бункера на середину подложки, размер которой от кромки до оси высыпного отверстия бункера и ее расстояние от бункера выбраны из условия, что слой частиц образует угол с плоскостью подложки, составляющий 50-95 % от угла скольжения частиц, а ссыпание частиц осуществляется путем вибрации подложки.

2. Устройство для анализа частиц в потоке сыпучего материала, содержащее пробоотборник, бункер, горизонтальную, подложку, систему восприятия, регистрации и анализа изображений частиц, о т л и- ч а ю щ е е-с я тем, что, с целью повышения точности, нижняя часть бункера выполнена в виде телескопического подвижного удлинителя, бункер оснащен не менее чем одним .датчиком уровня частиц, выход которого электрически соединен с пробоотборником, а подложка связана с источником регулируемой вибрации.

3. Устройство по п.2, отличающее- с я тем, что подложка выполнена в виде конуса, угол при основании которого менее угла, образованного слоем частиц с плоскостью основания подложки при их высыпании на плоскую горизонтально расположенную подложку и составляющего 50-95 % от угла скольжения частиц.

Таблица

Сущность изобретения,- в соответствии со способом создают монослой частиц, падающих с подложки, при этом поверхность слоя частиц на подложке образует угол с плоскостью подложки, составляющий 50-95 % от угла скольжения частиц. Устройство содержит пробоотборник частиц, подающий их в бункер, горизонтальную подложку, соединенную с источником регулируемой вибрации, причем нижняя часть бункера выполнена в виде телескопического подвижного удлинителя, бункер оснащен датчиком уровня частиц, выход которого соединен с пробоотборником. 3 з.п. ф-лы, 2 ил. 2 табл.

Анализ частиц

Анализ частиц

Таблица 2

(ptSff-1

II 1 1/5

L. - -l-i -

|

Фиг. 2